الفيزياء — الميكانيكا: الضغط في السوائل — الأولى ثانوي (شعب علمية) — المنهاج الجزائري

الميكانيكا: الضغط في السوائل

في هذا الدرس نتعرف على مفهوم الضغط في السوائل في مادة العلوم الفيزيائية لتلاميذ الأولى ثانوي (شعب علمية). يعتبر الضغط من المفاهيم الأساسية في الفيزياء، وله تطبيقات واسعة في حياتنا اليومية من ضغط الإطارات إلى ضغط الدم في الأوعية الدموية.

مفهوم الضغط

• تعريف الضغط: هو القوة المؤثرة عموديا على وحدة المساحة. P = F / S حيث P الضغط (باسكال Pa)، F القوة (N)، S المساحة (m2).
• الوحدة: الباسكال (Pa) = N/m2. وحدات أخرى شائعة: البار (1 bar = 100000 Pa)، الغلاف الجوي (1 atm = 101300 Pa).
• العوامل المؤثرة على الضغط: القوة (كلما زادت القوة زاد الضغط)، المساحة (كلما صغرت المساحة زاد الضغط).
• تطبيقات: أحذية التزلج على الثلج (مساحة كبيرة لتقليل الضغط)، إبرة الحقن (مساحة صغيرة لزيادة الضغط).

ضغط السوائل

• الضغط في السوائل: ينتقل الضغط في السوائل بشكل متساو في جميع الاتجاهات (مبدأ باسكال). الضغط يزداد مع العمق.
• الضغط الهيدروستاتيكي: P = pgh حيث p كثافة السائل (kg/m3)، g تسارع الجاذبية (9.81 m/s2)، h العمق (m).
• مبدأ باسكال: أي تغير في الضغط يطبق على سائل محصور ينتقل بشكل كامل إلى جميع أجزاء السائل وجدران الوعاء. يستخدم في المكبس الهيدروليكي والفرامل.
• قاعدة أرخميدس: جسم مغمور في سائل يتعرض لقوة دفع رأسية من الأسفل إلى الأعلى تساوي وزن السائل المزاح.

أمثلة تطبيقية

مثال 1: إبرة حقن قطر طرفها 0.2 mm (نصف القطر 0.1 mm). مساحة الطرف = 3.14 x (0.0001)2 = 3.14e-8 m2. إذا أثرت اليد بقوة 5 N، فالضغط = 5 / 3.14e-8 = 1.59e8 Pa. هذا يفسر سهولة اختراق الإبرة للجلد.

مثال 2: غواصة على عمق 100 m تحت سطح البحر. كثافة ماء البحر = 1025 kg/m3. الضغط الهيدروستاتيكي = 1025 x 9.81 x 100 = 1005525 Pa تقريبا 10 atm. أي أن الضغط على الغواصة يعادل 10 أضعاف الضغط الجوي.

مثال 3: مكبس هيدروليكي: مساحة المكبس الصغير 0.01 m2 والكبير 0.5 m2. إذا أثرت قوة 100 N على المكبس الصغير، فالضغط = 100/0.01 = 10000 Pa. القوة على المكبس الكبير = 10000 x 0.5 = 5000 N. تضخيم القوة بمقدار 50 مرة.

تمارين وحلول

تمرين 1: صندوق كتلته 60 kg له قاعدة مساحتها 0.5 m2. احسب الضغط الذي يؤثر به على الأرض. الحل: F = mg = 60 x 9.81 = 588.6 N. P = 588.6/0.5 = 1177.2 Pa.

تمرين 2: سباح غطس إلى عمق 5 m في ماء عذب (p=1000 kg/m3). احسب الضغط الهيدروستاتيكي والضغط الكلي (الضغط الجوي 101300 Pa). الحل: الضغط الهيدروستاتيكي = 1000 x 9.81 x 5 = 49050 Pa. الضغط الكلي = 49050 + 101300 = 150350 Pa.

تمرين 3 (للمتفوقين): قطعة خشب حجمها 0.002 m3 وكثافتها 600 kg/m3 تطفو على الماء (p=1000 kg/m3). احسب حجم الجزء المغمور. الحل: الوزن = 600 x 0.002 x 9.81 = 11.772 N. حجم الجزء المغمور = 11.772/(1000×9.81) = 0.0012 m3. أي 60% من حجم الخشب مغمور.

نصائح للمراجعة

• الضغط = القوة / المساحة، كلما صغرت المساحة زاد الضغط
• الضغط في السوائل يتناسب طردا مع العمق وكثافة السائل
• مبدأ باسكال: الضغط ينتقل كاملا في السوائل المحصورة
• قاعدة أرخميدس: قوة الدفع = وزن السائل المزاح
• الضغط الجوي يساوي 101300 Pa ويمكن قياسه بالبارومتر
• المكبس الهيدروليكي يضخم القوة بنسبة مساحة المكبسين

دروس مشابهة

• السرعة المتوسطة واللحظية
• الطاقة: مصادر الطاقة وتحولاتها